[发明专利]一种多孔空心酚醛树脂纳米球和碳纳米球及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于纳米材料制备技术及应用领域，特别涉及内表面粗糙的阶层多孔空心酚醛树脂纳米球(1)、内表面粗糙的阶层多孔空心碳纳米球(2)及其内表面负载有超小贵金属纳米粒子的阶层多孔空心酚醛树脂纳米球(3)和碳纳米球(4)的设计及其制备方法。其制备以树枝状具有中心辐射状孔道的二氧化硅纳米球作为模板，包覆酚醛树脂聚合物，经碳化和刻蚀后制成。其内表面具有粗糙乳突状结构，壳层中具有阶层多孔结构。可以制备出内表面负载有均匀高密度的超小贵金属纳米粒子的复合物。且通过简单的调控原料用量，可以实现结构的调控。

背景技术

在过去的十多年中,设计和可控制备尺寸大小在纳米级到微米级的多孔或空心聚合物球和碳球的技术吸引了广泛关注。由于其具有优良的物理和化学性质,比如较大的表面积、低的密度、较高的机械稳定性、化学惰性(耐酸性和碱性环境)、优良的导电性、较短的扩散路径、优良的运载能力、良好的生物相容性等,从而在许多研究领域，比如吸附、分离、催化、能量储存和转换、传感器、以及药物输送等，显示出极具潜力的应用前景。许多研究结果表明：碳材料的结构和形貌，例如孔道尺寸、孔结构、孔的通透性、空腔尺寸、粒子尺寸、孔体积、比表面积等，对其在诸多实际应用中的性能起着关键作用。

目前为止,科学家们已经设计开发了各种各样的硬模板法和软模板法，结合不同的合成策略，比如纳米铸造、氢键或静电力诱导的自组装、气凝胶、水热法等，制备出各种多孔或空心的聚合物纳米球，之后在惰性气氛下碳化从而形成具有相应结构特征的碳球。虽然在合成领域已取得相当大的进展，但通过巧妙合理的设计实现可控合成粒子尺寸小于200纳米的壳层中具有辐射状大尺寸介孔和内表面具有粗糙结构的碳纳米球依然面临很大挑战。这种结构的纳米球壳层中具有辐射状较大的孔道尺寸，有利于物质(特别是大分子)通过孔道进行输送；内表面具有粗糙乳突结构形成栅栏效应，可以有效阻止负载的活性粒子的团聚，从而保持其活性和稳定性。因此，在催化、能源、环境和生物医学等应用领域，它们是理想的载体，具有广泛的应用前景。

在已经报道的研究中，介孔二氧化硅纳米粒子已经被用作一种硬模板，通过注入碳的前驱体的方式，来制备多孔碳球；同时固体硅球体也被用作为模板，通过表面包覆聚合物的方式，来制备空心碳球。然而,孔径尺寸和结构被模板硅球的结构所限制。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种壳层中含有辐射状孔道且内表面粗糙的阶层多孔空心酚醛树脂纳米球的设计和制备方法。

本发明的目的之二是提供一种壳层中含有辐射状孔道且内表面粗糙的阶层多孔空心碳纳米球的设计和制备方法。

本发明的目的之三是提供一种内表面负载有超小贵金属纳米粒子的壳层中含有辐射状孔道且内表面粗糙的阶层多孔空心酚醛树脂纳米球的设计和制备方法。

本发明的目的之四是提出具有树枝状中心辐射状孔道结构的SiO₂纳米粒子是一种新颖的硬模板，可以制备出具有阶层结构的各种组成的纳米材料。

一种空心酚醛树脂纳米球和碳纳米球，其特征在于空心酚醛树脂纳米球包括壳层内表面粗糙的阶层多孔空心酚醛树脂纳米球及壳层内表面负载有超小贵金属纳米粒子的阶层多孔空心酚醛树脂纳米球，碳纳米球包括壳层内表面粗糙的阶层多孔空心碳纳米球和壳层内表面负载有超小贵金属纳米粒子的阶层多孔空心碳纳米球；

壳层内表面粗糙的阶层多孔空心酚醛树脂纳米球壳层中含有辐射状孔道，壳层厚度在10～30nm可以调控，壳层中辐射状孔道的尺寸在8～30nm范围内可以调控，纳米球的尺寸在80～200nm范围内可以调控，壳层内表面具有粗糙乳突状结构。

壳层内表面粗糙的阶层多孔空心碳纳米球壳层中含有辐射状孔道，壳层厚度在10～30nm可以调控，壳层中辐射状孔道的尺寸在8～30nm范围内可以调控，纳米球的尺寸在80～200nm范围内可以调控，壳层内表面具有粗糙乳突状结构，比表面为600～1200m²/g，孔道体积为1.0～2.0cm³/g。